Опровергаем мифы

9 заблуждений о трубопроводе из высокопрочного чугуна

За время применения чугуна в водоснабжении вокруг этого материала скопилось немало мифов, легенд и домыслов.
Настала пора разобраться, что к чему.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №1: ЧУГУН — ХРУПКИЙ, ЛОМКИЙ МАТЕРИАЛ

Бытует мнение, что чугун – материал хрупкий, негибкий, нековкий. Однако это утверждение применимо не ко всем видам чугуна. Эту проблему можно считать решенной с тех пор, как ученым удалось вывести новый вид чугуна — высокопрочный. Его отличие от «старших братьев» в том, что включения графита, содержащегося в нем, имеют форму сфер. Благодаря этому не происходит «разрезания» кристаллической решетки, как это происходит в сером чугуне, где графит имеет форму пластин. Новшество позволило существенно улучшить физические характеристики материала: чугун приобрел небывалую пластичность, на уровне стали, и особенную стойкость к удару, благодаря чему и получил название высокопрочный (ВЧШГ). Ко всему прочему замена серого чугуна высокопрочным позволяет значительно снизить вес отливок за счет уменьшения толщины их сечения при сохранении эксплуатационной надежности.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №2: АВАРИЙНОСТЬ ЧУГУНА ВЫШЕ, ЧЕМ У ВСЕХ ОСТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Некоторые специалисты считают, что чугунный трубопровод ломается чаще остальных. Практика показала, что это утверждение далеко от истины. Авариям подвержены изношенные, отслужившие свой срок трубы либо уложенные и эксплуатируемые с грубейшими нарушениями. В остальных случаях чугунный трубопровод показывает чудеса стойкости. ВЧШГ — ударопрочный материал, имеет высокое относительное удлинение — отсюда небывалая прочность на изгиб. Трубы из ВЧШГ не поддаются существенным деформациям. Они способны без особого ущерба переносить значительные внешние нагрузки и изменения окружающих условий: движение и размыв грунтов, дестабилизацию основания, — все это без разрывов труб, растрескиваний внутреннего покрытия или расстыковки соединений.
Отличные механические характеристики систем из высокопрочного чугуна объясняются, во-первых, ковкостью материала, характеризующейся существенной способностью поглощать энергию даже за пределами эластичности металла благодаря высокому относительному удлинению; во-вторых, гибкостью стыков, позволяющих трубопроводу компенсировать незначительные движения грунта без создания больших нагрузок на трубы; в-третьих, большим коэффициентом безопасности, используемым при расчетах толщины стенок труб и фасонных частей.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №3: ЧУГУННЫЕ ТРУБЫ МОНТИРУЮТСЯ МЕТОДОМ ЗАЧЕКАНКИ

Существует миф о том, что трубы из чугуна монтируются только методом зачеканки. При зачеканке герметичность стыков достигается заделкой раструбной щели пеньковой прядью и затем устройством замка из асбестоцементной смеси, удерживающего прядь от выдавливания гидравлическим давлением. Такое соеди-нение никак нельзя назвать гибким: малейшая подвижка почвы способна привести к разгерметизации водовода в месте стыка. А это ведет к протечкам и дорогостоящему и технически сложному ремонту. Да и монтаж методом зачеканки трубопровода большого диаметра требует от рабочих, его производящих, чуть ли не акробатических навыков: ведь обрабатывать трубу нужно по кругу, нижнюю часть смонтировать очень трудно.
На сегодняшний день метод зачеканки вытеснили куда более универсальные способы соединения чугунных труб, например, Tyton, RJ, К-тип и TF-тип.
Самый распространенный тип — Tyton: герметичность достигается за счет введе-ния в раструб трубы уплотнительного кольца. Такое соединение выдерживает рабочее давление до 6,4 МПа.
RJ представляет собой раструбно-замковое соединение. Данный вид соединения предназначен для особо сложных условий: при неустойчивых грунтах, в гористой местности и в вертикальном поло-жении труб.
Соединение К-типа обеспечивает фиксацию труб при помощи болтов, прижимного блока и специальной резиновой манжеты. Этот тип особенно удобен при монтаже труб большого диаметра, т. к. нет необходимости прикладывать стыковочное осевое усилие при сборке.
Самофиксирующееся соединение TF-типа обеспечивает надежность соединения благодаря сварному наплыву, фиксирующему кольцу, уплотняющему кольцу и болту с крюкообразной захватывающей головкой. TF-тип сохраняет герметичность и прочность при гибком стыке. В основном, этот тип соединения используется в трубопроводах, прокладываемых под водой или в горных районах. Его преимущества — в легкости установки и демонтажа и относительной мобильности (часть трубопровода можно поднимать в собранном виде).
Современные методы соединения позволяют отклоняться трубам на угол до 1,5–5° С при сохранении полной герметичности стыка. Стало возможным укладывать трубы по дуге без применения фитингов. Это облегчает проектирование и укладку трубопроводных систем (в том числе подводных и горных), позволяет водоводу следовать за движениями почвы, сохраняет его работоспособность при сдвигах почв, на участках с нестабильным основанием и в болотистых грунтах.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №4: ЧУГУННЫЙ ТРУБОПРОВОД НЕЛЬЗЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ В НЕСТАБИЛЬНЫХ ГРУНТАХ

Мы упоминали, что современные способы соединения труб из ВЧШГ позволяют укладывать трубопроводы даже под водой, в горных районах и в условиях нестабильных грунтов. Однако поговорим об этом подробнее.
Особенность труб из высокопрочного чугуна состоит в том, что по своим свойствам ВЧШГ занимает промежуточное положение между гибкими и жесткими материалами. В определенном смысле это позволяет использовать положительные качества обоих видов. С течением времени трубопровод, уложенный в нестабильный грунт, подвергается оседанию почвы или ее размыву. Эластичность ВЧШГ позволяет трубопроводу выдерживать неизбежные нагрузки или изменения, которым он подвергается, без повреждений и расстыковок.
Заложенные в грунт трубопроводы подвергаются также вертикальным механическим нагрузкам, обусловленным обратной засыпкой или проходящим по поверхности транспортом, что может деформировать трубы. Поэтому очень важно выбирать трубы с достаточным запасом прочности во избежание таких проблем, как разрывы, изгибы и потеря первоначальной формы, устранение которых требует высоких дополнительных затрат.
Трубы из ВЧШГ, уложенные под землей, могут выдерживать существенные продольные усилия, даже если они уложены в траншее с основанием плохого качества или в грунтах с малой несущей способностью. Вот примеры таких случаев: основание трубы дестабилизировано или даже размыто грунтовыми водами; трубопровод пересекает зоны, подверженные движению грунтов и/или землетрясениям. Проведенные исследования показали, что трубы из ВЧШГ могут выдерживать сильные деформации без отказов благодаря высокой деформационной способности металла.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №5: ЧУГУННЫЕ ТРУБЫ «ЗАРАСТАЮТ» ИЗНУТРИ

Еще одна серьезная проблема, возникающая в процессе эксплуатации водопроводных и канализационных сетей — зарастание прохода труб. Это возникает по ряду причин: взвеси, содержащиеся в транспортируемой жидкости, постепенно откладываются на стенках, либо на внутренней поверхности трубы, подвергшейся коррозии, вырастают «сталактиты» ржавчины. Нет необходимости объяс-нять, что уменьшение внутреннего сечения трубопровода снижает объем транспортируемой воды. Известны случаи, когда за годы службы от диаметра 300 мм остается проход величиной 10 см.
Защитой от подобных зарастаний служит цементно-песчаное покрытие, которое наносят на внутреннюю поверхность трубы. ЦПП наносят методом центрифугирования, получая при этом безупречно ровную, гладкую поверхность. При вза-имодействии с водой покрытие становится очень скользким, благодаря чему снижается трение и затрудняется отложение примесей, содержащихся в жидкости. Кроме того, ЦПП надежно защищает ВЧШГ от коррозии, поскольку вода, проникая сквозь покрытие, обогащается щелочными элементами и по достижении металла теряет свои коррозионные свойства.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №6: ЧУГУННЫЕ ТРУБЫ БОЯТСЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ

Опасения о негативном воздействии тока на трубы из ВЧШГ по большей части необоснованны. Начать стоит с того, что чугун сам по себе имеет куда большее удельное сопротивление, чем, к примеру, сталь. К тому же резиновые манжеты, которые соединяют трубы, не позволяют току пойти дальше по сети. Соответственно, можно с уверенностью говорить о том, что электрическое сопротивление трубопровода из ВЧШГ в 300 раз выше стального.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №7: ЧУГУННЫЕ КОММУНАЛЬНЫЕ СЕТИ — ДОРОГОЕ УДОВОЛЬСТВИЕ

Действительно, труба из высокопрочного чугуна по прайсу, как правило, дороже, к примеру, пластиковой. Однако было бы наивно делать из этого окончательный вывод об общей стоимости трубопроводной системы. Чугунные трубы начинают оправдывать себя уже на этапе укладки. Так, например, для прокладки трубопровода из поливинилхлорида и полиэтилена необходимо обеспечить песчаную подушку и материал засыпки из частиц минимального размера, чтобы почва была равномерно уплотнена. Любой камень в засыпке способен вызвать возникновение и распространение трещин в стенке трубы. При этом участок пластиковой трубы с выбоиной более 10% от толщины стенки считается непригодным для эксплуатации. К тому же работа всей системы из пластмассовых труб находится в очень большой зависимости от квалификации подрядчика и правильности выполнения им процедур укладки; введенная в эксплуатацию полимерная система требует сохранения изначальных условий укладки.
Трубопровод из высокопрочного чугуна не требует столь трепетного к себе отношения: для него достаточно плоского ложа и свободной засыпки или засыпки с небольшим уплотнением. Как правило, монтаж не требует затрат электроэнергии, привлечения высококвалифицированного персонала и специального оборудования. Соединения раструбного типа требуют всего лишь смазки уплотнительной манжеты и установки гладкого конца трубы в раструб. Трубы из ВЧШГ хорошо зарекомендовали себя при любой температуре и при монтаже всеми типами техники и персоналом любой квалификации, в любых условиях. Вот и выходит, что дешевая труба требует дорогостоящего монтажа, а труба подороже оправдывает себя уже при укладке.
Однако монтажом дело не заканчивается. Можно сказать, с этого момента жизнь трубопровода только начинается. В процессе эксплуатации трубы также ведут себя по-разному: одни будут постоянно вытягивать деньги на текущее обслуживание и ремонт, другие будут требовать минимум внимания.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №8: СРОК СЛУЖБЫ РЕЗИНОВОЙ МАНЖЕТЫ НЕВЕЛИК

Часто возникает разумный вопрос: сколько прослужат манжеты, используемые при монтаже трубопровода из ВЧШГ?
Трубы из высокопрочного чугуна, применяемые в водоснабжении и канализации, комплектуются манжетами из эластомеров EPDM, изготовленных из этиленпропиленового каучука. С течением времени механические свойства подобных эластомеров могут изменяться по двум параметрам: текучести во времени, ползучести (увеличивающейся деформации при постоянной нагрузке) и релаксации сжатия при постоянной деформации. В случае раструбных соеди-нений уплотнение в них достигается контактным давлением между телом трубы (раструба трубы) и манжетой. Деформация манжеты, полученная в процессе соединения, остается практически постоянной. Следовательно, явление релаксации — единственное воздействующее на манжету. При этом риск протечки из-за деформации манжеты возникает не раньше, чем через 100 лет эксплуатации. Поэтому производители с уверенностью утверждают, что манжеты служат тот же срок, что и сам трубопровод.
Доказательством долгого срока службы манжет является практический опыт использования резиновых уплотнительных колец в США с 1920-х гг. и по настоящее время. В музее «Мир воды» Водоканала Санкт-Петербурга представлена резиновая уплотнительная прокладка, прослужившая исправно около 100 лет.

ЗАБЛУЖДЕНИЕ №9: У ЧУГУННЫХ ТРУБ НЕБОЛЬШОЙ СРОК СЛУЖБЫ

Последнее время стало распространяться мнение о том, что трубопровод из чугуна не долговечен и представляет собой пережиток прошлого. Это утверждение далеко от истины. Производители гарантируют безукоризненную работу трубопровода из высокопрочного чугуна в условиях почвенной коррозии, воздействия блуждающих токов и отсутствия катодной защиты 80–100 лет, в самотечных сетях канализационных сточных вод с сероводородом — 50–60 лет. Однако чугунный трубопровод способен прослужить куда более долгий период.
Знаменитая система роскошных Версальских фонтанов обеспечивалась водой, поступающей по чугунным трубам. Эти трубы были отлиты по специальному заказу в Нормандии в 1672 г. Самое поразительное, что заменен этот исторический водопровод был лишь несколько лет назад, исправно прослужив 330 лет. На сегодняшний день есть все основания полагать, что три с лишним столетия — это норма для чугунного трубопровода.
Подобно тому, как легендарные швейцарские часы способны пережить не одно поколение своих владельцев, трубопроводные системы из высокопрочного чугуна вполне могут стать подарком для наших потомков и прослужить им верой и правдой долгие годы.